牵张微应变影响髓核细胞生物学功能和退变的研究

来源：中华骨科杂志2021年第04期北京时间：

作者：王丹丹,黄伟敏,曹盛楠,任鹏程,王从安,刘垒,于秀淳,师彬

单位：山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院,中国人民解放军联勤保障部队九六〇医院,山东第一医科大学,山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院,山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院,山东第一医科大学第一附属医院,中国人民解放军联勤保障部队九六〇医院,山东第一医科大学附属颈肩腰腿痛医院

摘要：目的 探讨周期性牵张微应变对人髓核细胞生物学功能和退变的影响。方法 收集人椎间盘髓核组织，酶消化法分离、培养髓核原代细胞，显微镜下观察细胞生长状态。Mechano Culture FX2加载周期性牵张微应变，应力10万μɛ，10%拉伸应变，频率0.1 Hz，8 640个循环周期。MTT法检测牵张微应变对髓核细胞增殖的影响；流式细胞仪检测牵张微应变对髓核细胞周期和凋亡的影响。基因表达谱芯片检测牵张微应变组和对照组表达差异的基因，生物信息学分析表达差异基因在髓核细胞的功能。荧光定量PCR法检测牵张微应变对髓核细胞表达炎症相关因子、TGF-β、基质降解酶类、ECM分子等的影响。结果 牵张微应变组髓核细胞生长状态较好。牵张微应变促进髓核细胞增殖和周期进程，两组细胞S期（ =5.336， < 0.05）和G2/M期（ =7.288， < 0.01）百分比的差异均有统计学意义。牵张微应变抑制髓核细胞凋亡（牵张微应变组8.56%±0.48%，对照组10.63%±0.32%， =4.474， < 0.05)。基因表达谱芯片检测到866个差异表达基因，基因本体（gene ontology）分析其在细胞中的作用，主要包括focal adhesion、extracellular matrix，membrane raft、condensed chromosome kinetochore、cytoskeleton等。牵张微应变影响髓核细胞表达炎症相关因子、TGF-β基因、基质降解酶、细胞外基质分子等的表达。与对照组相比，牵张微应变组炎症相关因子IL15（ =5.379， < 0.05）、IGF1（ =5.454， < 0.05）、IGFBP7（ =13.57， < 0.01）的表达降低；TGF-β相关基因TGFB1（ =6.931， < 0.05）、TGFB2（ =15.56， < 0.01）、TGFB3（ =7.744， < 0.05）的表达增高；基质降解酶类ADAMTS3（ =5.241， < 0.05）和MMP19（ =24.72， < 0.01）的表达降低，TIMP3（ =8.472， < 0.01）的表达增高；ECM分子COL2A1（ =5.871， < 0.05）、FLRT2（ =5.216， < 0.05）、FN1（ =4.289， < 0.05）的表达增高。 结论 周期性牵张微应变促进髓核细胞周期和增殖，抑制髓核细胞凋亡，可能通过调节髓核细胞表达炎症相关因子、TGF-β、基质降解酶类、ECM分子等改善髓核细胞退变。

关键词：椎间盘退行性变;拉伸强度;生物力学

基金资助：泰山学者特聘专家计划ts201511074